Nozioni di informatica (Java) e architettura computer

GERARCHIE DI MEMORIA:

Accade com'è ragionevole pensare che la velocità di una memoria è inversamente proporzionale al suo prezzo. Pertanto la memoria (RAM e di massa) viene organizzata in gerarchie:

1. Registri (max velocità, max costo, min capacità) nella CPU
2. Cache
3. RAM
4. Disco magnetico
5. Disco ottico
6. Nastro (min velocità, min costo, max capacità)

Un sistema siffatto ha una capacità di memorizzazione pari alla capacità della memoria più lenta (che è elevata per i bassi costi), ma prestazioni non lontane da quelle di un sistema che abbia sola memoria veloce, ed il tutto ad un costo contenuto!

SCHEDA MADRE:

È un insieme di:

• CPU
• Connettori per inserire memoria
• Chip di supporto, prese per connettori I/O
• Vari bus

Un programma eseguito dalla macchina di von Neumann segue il ciclo fetch-decode-execute:

FETCH: La CPU legge dalla memoria la prossima istruzione da eseguire.

Per fare ciò,

L'unità di controllo (una parte della CPU) invia alla memoria, tramite il bus, la richiesta di una operazione di lettura, indicando l'indirizzo della cella che deve essere letta.

La memoria centrale (RAM) esegue l'operazione di lettura, inviando il valore letto all'unità di controllo.

DECODE: L'unità di controllo decodifica l'istruzione letta, ovvero ne determina il tipo e si prepara ad eseguirla.

EXECUTE: L'unità di controllo coordina tutti i componenti coinvolti chiedendo loro di eseguire delle micro-operazioni.

BIT: è una cifra binaria, ovvero è 0 oppure 1. Ogni bit è memorizzato in una cella elementare di memoria della RAM.

BYTE: equivale a 2^3 bit, ovvero 1 Byte = 8 bit.

Le possibili combinazioni degli otto bit in un byte sono 2^8 = 256.

Dunque 1 byte può essere utilizzato per rappresentare un valore tra 0 e 255.

Insomma, può rappresentare fino a 256 numeri, 256 caratteri, l'intervallo

accesso (ms)Seek time, la testina deve arrivare alla traccia, dipende dalla meccanicao (5-15 ms)

Latenza, il disco deve ruotare fino a portare il dato nella posizione giusta,o dipende dalla velocità di rotazione.

Transfer Rate (MBps), indica quanti dati vengono trasportati al secondoDipende dalla densità di registrazione e dalla velocità di rotazioneo Un settore di 512 byte richiede da 25 a 100 microsecondi.

Per aumentare tali prestazioni si aumentano i piatti presenti nel singolo hard diskoppure si memorizza l’informazione su più hard disk che vengono letti in parallelo.

Si esegue la deframmentazione, ovvero si ri-ordinano gli spazi liberi di memoria.

Da notare che le testine sono solidali e che vengono letti i settori di più dischi inun’unica operazione.

Un cilindro è l’insieme delle tracce lette contemporaneamente.

RAPPRESENTAZIONE DEI NUMERIPartiamo dalla base 10: essa è posizionale, ovvero è costituita da un

primo!(123)in base 10 è = (1111011) in base 2!

Ricordiamo ora che se ho n bit posso rappresentare 2^n numeri da 0 a 2^n – 1.

- Numeri interi senza segno

Utilizzo la notazione posizionale in base 2 su 2^2 cifre nell’intervallo [0,o 2^n-1]

- Numeri interi

Per codificare il segno ho bisogno di un bit. Il primo bit di sinistra vale 0o se è positivo e 1 se è negativo. Rappresento con n bit l’intervallo[-2^(n-1)+1 , 2^(n-1)-1]

ATTENZIONE!

Se faccio 101 +001 =110

In realtà tale numero non corrisponde a (-1) + 1 = 0, ma 110 vale -2.

Per non cambiare l’algoritmo della somma, il calcolatore non rappresenta i numeri in modulo e segno, ma utilizza il complemento a due.

Se x>=0, allora si usa la normale notazione posizionale su n bit

Se x<0, allora si prende il modulo e si scambiano gli 0 con gli 1 e viceversa e si somma 1

Con questo strumento non abbiamo la doppia rappresentazione di 10 e 00.

L’intervallo di rappresentazione va da [-2^(n-1),

2^(n-1)-1].Anche in questo caso comunque i numeri negativi iniziano per 1 da sinistra.Un numero rappresentabile in NP non è detto che lo sia in C2 (a parità di bit)

Esempio) Rappresentare in Notazione Posizionale (NP) su 4 bit il numero 33 = 1*2^0 + 1*2^1 + 0*2^2 + 0*2^3 = (0011)

Esempio) Rappresentare in NP e C2 in 2 bit il numero 2 e il numero -2

NP: (10) C2:(10)-2) NP: non rappresentabile C2: non rappresentabile in 2 bit

-2) in C2 su 4 bit invece è: |-2| = 2 = (0010) ==> (-2) in C2 = 1101 + 1 = 1110

PORTARE DA C2 A DECIMALE

Se X>=0 guardo la notazione posizionale

Se X<0 vale -|X+1|

Esempio) Quanto vale 0010 in decimale?

Esso è positivo (inizia per 0), vale semplicemente 0*10^0 + 1*10^1 + 0*10^2 +0*10^3 = 10

Esempio) Quanto vale 1110 in base 2?

Esso è negativo, devo fare – (0001)+1 = - 0010 = -2

Esempio) Sommare 0010 e 1110 in C2.

0010= 2, 1110 = -(0001)+1 = - 0010 = -2

0010+1110= il riporto di 1 viene perso, il numero risultante è

proprio 0 (2-2)0000

Notiamo che per leggere un numero dobbiamo sapere come viene codificata la memoria.

NOTAZIONE FLOATING POINT: serve per scrivere i numeri reali, ad esempio per scrivere 3,1 scrivo 31*10^(-1). Ho bisogno di parecchi bit, infatti uno mi serve per il segno, n per la mantissa (nel caso precedente era 31), e m per l'esponente. Il problema nasce quando c'è da fare m1*2^e1 + m2*2^e2, la ALU in realtà non fa la somma bit a bit ma usa un suo algoritmo.

PROGRAMMAZIONE JAVA

ECLIPSE: Ambiente di sviluppo per creare programmi Java. Esso permette di:

• Creare un progetto
• Creare una classe (un nuovo file .java)
• Scrivere il codice, compilarlo
• Eseguire il programma

Nello scrivere un programma in Java, si usano SEMPRE queste 3 grandi classi di elementi:

• White spaces (spazi bianchi)
• Comment (commenti che si mettono solo per il programmatore per facilitare la leggibilità)
• Token (elementi del linguaggio)

TOKEN: possono essere:

• Identificatori
• Keyword

IDENTIFICATORI: Sequenza di caratteri che NON inizia con una cifra, né sono una keyword. Tra essi riconosciamo il nome del programma, il System.out.println() ecc.

KEYWORD: hanno un significato preciso e particolare del linguaggio, nient'altro può essere chiamato come una keyword. (es. public, class, static, void, main, args)

LETTERALI: I letterali sono le costanti, ad esempio i numeri interi sono scritti come letterale intero, la sequenza di caratteri invece è un letterale stringa. I tipi di letterali sono:

• STRING
• INTERI
• FLOATING POINT

OPERATORI: sono usati tra una o più variabili (unari, binari)

• + somma, concatenazione tra stringhe
• - differenza
• * prodotto
• = assegnamento
• == verifico se ciò che è sinistra è uguale a ciò che è a destra
• != verifico se ciò che è a sinistra è diverso da ciò che a destra
• <=, <, >, >= simboli usati per verificare una